听,宇宙深处传来“天籁之音”

新华报业网-新华日报   2016-05-18 10:22:27
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  权威人士在宁讲述神秘引力波 

  今年2月11日,美国科学家宣布探测到引力波,引爆全球关注热潮。什么是引力波?它将给人类带来什么?14日,清华大学信息技术研究院曹军威研究员做客省科协主办的高端报告会,追寻时空涟漪,讲述引力波的前世今生。

  电磁波用眼睛看,引力波用耳朵听

  在一片嘈杂的背景噪音中,一声“biu”的清脆声响,如水滴落,持续时间虽然短暂得不到1秒,但这正是由引力波转化成的宇宙之声。人类捕捉到它,翻开了科学界划时代的一页。

  “引力波是一种时空涟漪,如同石头被丢进水里产生的波纹。黑洞、中子星等天体在碰撞过程中有可能产生引力波。”曹军威介绍说,100年前,爱因斯坦的广义相对论预言了引力波的存在。广义相对论的其他预言如光线的弯曲、水星近日点进动以及引力红移效应都已获证实,唯有引力波一直徘徊在科学家的“视线”之外。

  曹军威说,目前人类观测宇宙的传统手段是大到数十米口径、高到位于太空的天文望远镜,这种探测方式只能是针对能够发光或者反光的物体或者事件,比如恒星。然而,宇宙中大量存在的不发光物体及事件,却无法通过望远镜“看到”。此次美国科学家探测到的引力波,是距离地球13亿光年的地方,两个分别为29倍太阳质量和36倍太阳质量的超恒星级黑洞,合并产生的信号。它经过13亿光年的漫漫长旅,于2015年9月14日抵达地球。

  引力波,被誉为从浩瀚宇宙深处传来的“天籁之音”,它的发现改变了历史。“这意味着我们不单单能通过电磁波观测宇宙,还能运用引力波,打一个比喻,电磁波是用看的话,引力波更像是用耳朵去听。”曹军威笑言。

  发现引力波,“清华数据尺”有功劳

  作为中国大陆唯一的激光干涉引力波天文台(LIGO)科学合作组织成员,清华大学研究团队在LIGO天文台数据的分析处理方面做出了贡献。曹军威作为负责人,带领团队里的另外5名研究人员设计了高速计算系统用于引力波的数据分析、噪声分析和信号搜寻。通俗地讲,就是为引力波数据分析提供了一把能高速运转、快速比对确认的“数据尺”。

  引力波的探测是世界上“最精密”的实验之一。要捕捉两个黑洞合并产生的引力波信息,就好比在1公里的长度上找到比肉眼难见的原子核半径还要小1万倍的空间变化。这种变化还夹杂着大量的辐射波、噪音等干扰信息,光是数据采样频率就达到每秒1.6万次以上。

  曹军威说,引力波数据分析极为关键的一步是区分引力波信号和其他干扰信号。清华团队将人工智能领域的核心“机器学习”方法用于加强引力波数据噪声分析比对。清华团队还参与构建引力波数据计算基础平台,开发的数据分析软件工具为研究成员广泛使用。这些对庞大数据处理和计算分析甄别,就好比用一把尺子去反复地量、比对,以找出真正的引力波。

  引力波将给人类带来 无法预估的前景

  引力波的直接探测,震惊全球,无疑是本世纪迄今为止,在天文学领域最具里程碑意义的重大科学发现之一,就像望远镜的发明或太空无线电波的发现一样。曹军威说,“直接探测到引力波相当于完成了对爱因斯坦广义相对论验证的‘最后一块缺失的拼图’。”

  发现引力波的意义,不仅是验证广义相对论,更对天文探测起着无比重要的作用。比如说,在之前,几乎没有人会相信第一个探测到的引力波信号会是双黑洞并合,而且是质量如此之大的黑洞双星。通过这一次观测,科学家知道了数十倍太阳质量的黑洞是可以存在的。这一切,都无法通过传统的电磁波天文学得到,因此,引力波天文学将成为21世纪的天文学。

  在引力波探测的牵引下,将会带动激光、材料、光学、工程、计算机等诸多学科前沿的发展,LIGO的很多技术将对甚至已经对半导体制造、能源、材料、大数据等实用领域产生深远影响。

  引力波的发现会对普通人的生活产生什么影响?曹军威表示,会给人类社会带来无法预估的发展前景。想当初电磁波刚被发现时,也没有人知道它会给人类带来什么,但是现在不管是电视机还是移动电话,都与它密不可分。不过,把引力波的发现用于科幻迷们期待已久的好莱坞大片式的《星际穿越》或者星际通信,还需漫长的等待。

  本报记者 吴红梅

编辑:廉昕朦  
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